一种直立智能循迹小车的设计.pdf

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1、一种直立智能循迹小车的设计师树恒。等一种直立智能循迹小车的设计DesignoftheVerticalIntelligentTrackingCar师树侄营阳师考锦(华北水利水电学院机械学院，河南郑州450011)摘要：根据“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的要求，设计了一种以MC9S12XSl28为主控制器的直立智能循迹小车系统。系统分别采用倾角陀螺仪和加速度计测量小车的角速度与重力加速度，通过卡尔曼滤波对其输出信号进行数据融合，实现对车体倾角的准确测量：采用水平陀螺仪和电感线圈获取赛道信号，采用光电编码器实时监测车速。主控制器采用PID控制算法不断校正控制参量，从而控制电机运动．实现小车直立、速度和

2、方向控制。试验结果表明，小车能够以2．5m／s的速度智能循迹，具有广泛的应用前景。关键词：直立小车智能循迹MC9S12XSl28卡尔曼滤波数据融合中图分类号：TP274+．2文献标志码：AAbstract：Inaccordancewiththecompetitionrequirementsof“TheFreesealeCupIntelligentCarRacing”，theverticalintelligenttrackingcal"systemwithMC9S12XSl28asthemaincontrollerhasbeendesigned．Inthesystem，theangularve

3、locityandthegravityaccelerationofthecararcmeasuredbyadoptinginclinationgyroandaccelerometerrespectively，thedataofoutputsignalsarefusedthroughKalmanfiltering，toimplementprecisemeasurementoftheinclinationangleforcarbody．Thesignalsoftheracewaytrackareobtainedbyusinghorizontalgymandinductancecoil，andth

4、ecarspeedismonitoredinrealtimebyphotoelectricencoder．ThePIDcontrolalgorithminmaincontrollercorrectsthecontrolparametersconstantly，tocontrolthemotionofmotor，thusimplementscontrolofthecarforupright，speedanddirection．Thetestresultsindicatethatthecarisabletotracktheracewayinspeedof2．5m／s。itpossesseswid

5、eapplicableprospects．Keywords：VerticalcarIntelligenttrackingMC9S12XSl28KalmanfilteringDatafusion0引言根据第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛要求，电磁组比赛所用车模仿照两轮自平衡车模设计．采用双后轮驱动，车模在直立的状态下沿着赛道行走。直立行走智能车是一个高阶次、强耦合、多变量的非线性系统，它是直线一级倒立摆和环形一级倒立摆的综合体。通过分解系统，简化系统，将系统分为直立、行走、转向三方面控制，三者相互叠加、相互影响，最终控制动力均来自电机驱动力。1系统整体结构设计智能小车在直立的状态下以

6、两个后轮着地沿着赛道行进，相比四轮着地状态，车模控制任务更为复杂。系统硬件部分以MC9S12XSl28m41为主控制器，软件采用卡尔曼滤波和PID控制算法∞“1进行数据处理，以实现最佳控制效果。修改稿收到日期：2013—04—20。第一作者师树恒(1978一)，男，2009年毕业于中国科学院上海光学精密机械研究所光学工程专业，获博士学位，副教授；主要从事智能仪器仪表方面的研究工作。1．1系统硬件结构直立智能小车硬件采用模块化设计，主要由全桥电机驱动模块、倾角测量模块、光电编码器、赛道信息检测模块、无线通信模块等构成。整个系统构成一个闭环控制系统，其原理如图1所示。园国圆＆U移lMC9S12X

7、Sl28l控制器固劣Jl氐囡圈妇圈专固图1系统结构原理框图Fig．1Blockdiagramofsystemstructuralprinciple倾角测量模块由ENC-03B倾角陀螺仪和MMA7260加速度计组成，赛道信息检测模块由水平陀螺仪和电感线圈组成。MC9S12XSl28控制器通过倾角检测模块获得车模倾角信息，通过水平陀螺仪和电感线圈获得赛道信息，通过光电编码器测得车速信息，完成原始的数据66PROC